杨树基因组AMT转运蛋白的生物信息学特性

本研究中,通过隐马尔科夫模型(HMM)和杨树蛋白质库搜索,共找到17个杨树铵转运体蛋白(PtAMTs).利用生物信息学方法,我们对杨树家族17条AMT蛋白序列的系统发生和AMT基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构进行预测和分析,同时还分析了杨树与拟南芥、水稻、番茄、百脉根和欧洲油菜的AMT基因家族之间的联系.二级结构预测结果发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构组成部分.同源性比对分析表明,PtAMT基因家族主要分为2个亚家族,AMT1 (11个成员)和AMT2 (6个成员),基因结果分析表明AMT2亚家族成员不含内含子.杨树AMT蛋白的亚细胞定位分析表明PtAMT主要定位于膜结构上.电子表达图谱分析结果表明:只有XP_002309151和 XP_002334025基因有对应的EST序列,并有相应的电子表达谱,并主要在花蕾表达.     

葡萄基因组中KUP蛋白的生物信息学分析

植物钾(K+)转运体蛋白在K+的跨膜运输中起重要作用,进而维持植物体正常生长和代谢活动.本研究中,通过隐马尔科夫模型(HMM)和葡萄蛋白质库搜索,共找到18个葡萄钾转运体蛋白(VvKUPs).利用生物信息学方法,我们对葡萄家族12条KUP蛋白序列的系统发生和KUP基因组定位进行分析,然后对其氨基酸组成成分、理化性质以及二级结构进行预测和分析,同时还分析了葡萄与拟南芥、水稻和杨树的KUP基因家族之间的联系.基因组定位结果发现其分布在至少9条染色体上.二级结构预测结果发现不同成员间氨基酸数目、氨基酸序列间的疏水性存在一定的差异;α-螺旋和无规则卷曲为主要二级结构组成部分.基因结构分析表明,KUP基因家族成员分别含有7～10个内含子.葡萄KUP蛋白的亚细胞定位分析表明VvKUP主要定位于膜结构上.电子表达图谱分析结果表明:12条KUP基因有对应的EST序列,其中的11条KUP有相应的电子表达谱,并主要在花、果实、花序和花蕾等组织部位表达.     

利用重叠PCR技术对OsAMT1.2进行定点突变

铵是植物吸收利用的主要氮源之一,而铵转运蛋白对铵的吸收、转运和代谢方面有重要的作用.为了深入研究水稻铵转运蛋白的结构功能特性,利用重叠PCR技术对OsAMT1.2蛋白质序列中保守的253 aa和257 aa的苯丙氨酸(F)和丝氨酸(S)分别突变为丙氨酸,成功获得了相应的2个点突变基因.因此,重叠PCR技术是一种简单有效的进行体外基因重组和突变的方法,对于研究高等植物功能基因的结构功能特性具有重要的意义.     

钾镉双重处理对籽粒苋幼苗生长及元素积累的影响

采用水培法对不同浓度K-Cd双重处理条件下籽粒苋(Amaranthus hypochondriacus Linn.)幼苗根、茎和叶干质量以及根和地上部分Cd、K、P、Ca、Zn、Fe、Mn和Cu含量的变化进行了分析.结果表明:在Cd浓度相同的条件下,随K浓度的提高(0.0、2.5和20.0 mmol·L-1),籽粒苋根、茎和叶的干质量均呈逐渐增加的趋势;各部位的Cd含量均呈现逐渐下降的趋势;根和地上部分的K和Zn含量增加、Ca含量无明显变化、Fe含量呈持续降低的趋势;根中Mn含量无明显变化规律、Cu含量逐渐降低,而地上部分Mn含量总体上增加、Cu含量则无明显的变化规律.在K浓度相同的条件下,随Cd浓度的提高(0、5、25和45 μmol·L-1),籽粒苋幼苗茎和叶的干质量逐渐降低、根的干质量在较高浓度Cd处理条件下也均降低;不同部位Cd含量均不断增加;根和地上部分的Ca、K、Zn和Mn含量基本呈逐渐降低的趋势、Fe含量呈先增加后降低的趋势;根中P和Cu含量大体呈持续降低的趋势、地上部分P和Cu含量则呈先增加后降低的趋势.在不同浓度K-Cd双重处理条件下籽粒苋的根冠比差异不显著,其中5μmol·L-1Cd处理组幼苗的根冠比均最大.总体上看,在K-Cd双重处理条件下籽粒苋幼苗根、茎和叶中Cd含量的增幅均小于Cd单一处理,Cd的迁移系数也有所降低.研究结果显示:较高浓度的Cd处理对籽粒苋幼苗的生长及体内营养元素积累均有一定的抑制作用,而添加K能够减弱籽粒苋对Cd的积累和迁移能力、减轻Cd胁迫的伤害程度.据此,建议在用籽粒苋进行Cd污染环境修复时施用适量的K肥.     

沙冬青响应非生物胁迫的转录因子基因鉴定与分析

以沙冬青[Ammopiptanthus mongolicus(Maxim.ex Kom.)Cheng f.]幼苗为实验材料,对其转录组进行测序,筛选出质量体积分数18%聚乙二醇6000模拟干旱胁迫下差异表达的转录因子基因;在此基础上,对干旱胁迫下差异表达bHLH转录因子的系统进化关系以及干旱胁迫和100 mmol·L~(-1)NaCl胁迫下差异表达bHLH基因的表达模式进行分析。结果表明:沙冬青中存在49个转录因子基因家族,共包含1 575个转录因子基因。干旱胁迫下沙冬青地上部有44个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中33个转录因子基因上调表达,11个转录因子基因下调表达;地下部有57个转录因子基因表达量的差异倍数大于等于2倍,其中50个转录因子基因上调表达,7个转录因子基因下调表达。沙冬青响应干旱胁迫的差异表达转录因子基因主要分布于AP2-EREBP、MYB、WRKY、NAC和bHLH基因家族。沙冬青地上部和地下部表达量上(下)调2~5、5(含5)~10(含10)及10倍以上的差异表达转录因子基因数分别为28、7和9个,以及11、27和19个。聚类分析结果显示:沙冬青6个差异表达bHLH基因编码的氨基酸序列与拟南芥[Arabidopsis thaliana(Linn.)Heynh.]bHLH基因编码的氨基酸序列有不同程度的相似性。干旱胁迫和NaCl胁迫下,沙冬青6个差异表达bHLH基因的表达受到不同程度的诱导。本结果为研究非生物胁迫过程中沙冬青调控机制提供了大量的转录因子基因资源。     

杜梨铵转运蛋白基因的克隆表达及在梨属植物中的SNP分析

利用EST并结合RACE方法从杜梨幼苗克隆获得1个AMT基因(PbAMT1;2).分析显示,PbAMT1;2cDNA全长1 811 bp,开放阅读框为1 515 bp,其对应基因组DNA序列不含内含子.PbAMT1;2编码的蛋白由504个氨基酸组成,具有11个跨膜域,1个N-糖基化位点、3个酪蛋白激酶磷酸化位点和8个蛋白激酶C磷酸化位点.同源性分析发现,PbAMT1;2与其他植物的AMT具有较高的一致性,其中与百脉根LjAMT1;2的一致性为80.23%,与拟南芥AtAMT1;2的一致性为78.68%,与番茄LeAMT1;2的一致性为77.80%.系统进化树分析表明,PbAMT1;2属于AMT1亚家族.半定量RT-PCR结果显示,PbAMT1;2主要在根部表达,而在茎和叶中几乎没有表达.以杜梨、豆梨、砂梨、白梨、秋子梨和西洋梨等6种梨属植物的DNA为模板,高保真Taq酶PCR扩增AMT1;2基因ORF区DNA序列,发现6种梨属植物的AMT1;2 ORF区DNA序列长度均为1 515 bp,相似性高达99.48%,但在44个核苷酸位点中存在SNPs,导致18个氨基酸位点发生变异,多态性频率为1SNP/34.43 bp,核苷酸变异度为2.9%,氨基酸变异度为3.57%.     

7种植物K+/H+逆向转运蛋白的生物信息学分析

K+/H+逆向转运是普遍存在于几乎所有生物体内的重要离子平衡机制之一.该机制主要由多基因家族KEA (K efflux antiporter)介导.然而,长期以来对KEA的功能特征和生理意义的认识,除了在大肠杆菌中有零星的报道之外,绝大部分尚为空白.本文通过生物信息学分析,比较了7个植物物种KEA的同源和进化关系,发现KEA家族中的部分成员在物种进化过程中具有极高的保守性.以模式植物拟南芥为例,进一步研究了KEA的蛋白质跨膜结构、关键结构域和亚细胞定位预测等.结果表明,AtKEA大多具有10～12个跨膜结构,是典型的膜蛋白,在跨膜区的N端有多个丝氨酸磷酸化调控位点;都含有K+/H+交换结构域和相应的调控域,推测其能够介导K+/H+交换.基因芯片研究表明,AtKEA在根、茎、叶、花和荚果等不同组织器官的表达丰度不同,表明KEA基因家族各成员的生理功能具有时空分异性.上述结果可为进一步深入研究植物K+/H+逆向转运系统的功能提供借鉴.     

水稻钾离子通道基因OsKAT1.1的克隆、表达载体的构建及其电生理功能

K+通道是植物高效吸收和体内运输K+的载体,对保证植物的钾素营养和增强抗逆性具有重要意义.水稻生长在淹水环境中,其K+通道在长期适应物种立地条件的进化过程中可能形成了有别于拟南芥等模式植物的独特功能特征和作用机制.本研究克隆了一个水稻KAT型K+通道基因OsKAT1.1,并利用电生理技术探讨其电生理功能.研究结果表明,通过一系列亚克隆过程,我们成功构建了适用于双电极电压钳和膜片钳电生理研究的表达载体pCI-OsKAT1.1和pTracer-CMV3-OsKAT1.1.进一步的电生理试验结果验证了构建过程的准确性,并表明水稻OsKAT1.1是一个由膜电位控制的吸收型K+通道.     

重金属胁迫条件下空心莲子草的生长和营养特征分析

空心莲子草是一种常见的水生植物,并能在重金属污染的水体或附近土壤中生长.本研究发现,空心莲子草能富集6种常见的重金属元素,其富集能力为:Zn2+>Mn2+>Pb2+>Cu2+>Cd2+>Cr3+.高浓度(1 mmol/L) Cu2+、Mn2+、Zn2+和Cr3+ 等重金属胁迫处理条件下,空心莲子草的根冠比增加,生物干重、总根长和总根表面积都相应降低.此外,高浓度(1 mmol/L) Pb2+、Cd2+、Cu2+或Zn2+分别胁迫处理条件下,空心莲子草的K+、Ca+和Mg+等元素的含量变化差异显著(P＜0.05).以上研究表明,空心莲子草通过改变体内钾钙镁等重要生长元素营养情况来适应重金属污染的胁迫,有很强的富集重金属元素的能力,进而降低污染、净化水体.空心莲子草对重金属污染的生长响应及体内重要矿物元素营养特性之间的相互关系,可能为重金属污染的水土生物修复提供理论依据.